CN101051875B - 一种用于产生验证标准无线接收机性能的信号的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生验证标准无线接收机性能的信号的方法及其装置，属于芯片设计技术领域。包括：用于控制数据处理的中央处理器，用于控制存储数字信号的现场可编程门阵列，用于对数字信号进行数模转换的数模转换器，相配合使用的计算机。本验证装置的优点是：在验证符合IEEE 802.15.4-2006标准的无线接收芯片时，验证者只需在计算机上根据要求设置标准的数据帧、噪声的类型及其范围、数据帧发送的时间间隔、数据帧发送的次数，计算机便可以根据用户设置的参数产生硬件装置所需要的数字信号，这些数字信号再通过硬件装置的处理，便在硬件的输出端产生验证者所需要验证的芯片的输入信号了，非常方便、灵活。

Description

一种用于产生验证标准无线接收机性能的信号的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种用于产生验证标准无线接收机性能的信号的方法及其装置，尤其用于验证基于IEEE 802.15.4-2006标准的无线接收机的性能，属于芯片设计技术领域。 

背景技术

在从事符合IEEE 802.15.4-2006标准中不同频率以及不同调试方式的无线接收机芯片设计时，由于该标准是一个新的标准，将芯片研发出来后，目前还没有一个装置可以用来对其进行验证是否满足IEEE 802.15.4-2006标准里芯片的技术指标，因此在研发IEEE802.15.4-2006标准的芯片时，需要一个方法及其装置来对其进行验证。 

发明内容

本发明的目的是提出一种用于产生验证标准无线接收机性能的信号的方法及其装置，尤其用于验证基于IEEE 802.15.4-2006标准的无线接收机的性能，为验证者在研发IEEE802.15.4-2006标准的芯片时提供一个验证方法及其装置，加速设计的实现、评估和测试。 

本发明提出的用于产生验证标准无线接收机性能的信号的方法，包括以下步骤： 

(1)分别对由与待验证基于IEEE 802.15.4-2006标准无线接收机相对应的基于IEEE802.15.4-2006标准发射机发射的模拟信号及对所述无线接收机的性能产生干扰的噪声模拟信号进行采样，得到数字序列； 

(2)将上述数字序列转化为二进制编码序列，成为数字信号序列； 

(3)将上述数字信号序列转换成用于验证所述无线接收机性能的模拟信号序列； 

(4)将上述模拟信号序列作为差分信号转换为单端信号并对其进行测试。 

本发明提出的用于产生验证标准无线接收机性能的信号的装置，包括： 

计算机，所述计算机包含标准信号模块和影响基于IEEE 802.15.4-2006标准无线接收机性能的各种噪声模块，用于对由与待验证的所述无线接收机相对应的基于IEEE802.15.4-2006标准发射机发射的模拟信号及对待验证所述无线接收机的性能产生干扰的噪声模拟信号进行采样，得到数字序列，并将上述数字序列转化为二进制编码序列，成为数字信号序列； 

中央处理器模块，用于建立现场可编程门阵列模块与所述计算机之间的数据通道，产生使可编程门阵列模块动作的激励信号，所述中央处理器通过以太网控制器与所述计算机以太网口相连接； 

现场可编程门阵列模块，用于存储所述计算机产生的数字信号序列，以及控制数模转换器模块进行数模转换，所述现场可编程门阵列模块与所述中央处理器模块相连接； 

数模转换器模块，用于将来自所述可编程门阵列模块的数字信号序列转换为用于验证 所述无线接收机性能的模拟信号序列，所述数模转换器模块与所述现场可编程门阵列模块相连接。 

所述中央处理器模块包括： 

中央处理器，用于控制以太网与所述计算机的数据通信，控制与所述现场可编程门阵列模块之间的数据通信，其中所述中央处理器分别与非易失存储器、动态随机访问存储器、以太网控制器以及现场可编程门阵列模块相连； 

所述非易失存储器，用于存储中央处理器的控制程序及中央处理器与计算机通信的驱动程序，非易失存储器与所述中央处理器相连； 

所述同步动态随机访问存储器，用于读取所述非易失存储器中存放的中央处理器控制程序及中央处理器运行时产生的数据，同步动态随机访问存储器与中央处理器相连； 

所述以太网控制器，用于建立所述中央处理器与所述计算机之间的高速数据连接，所述以太网控制器与中央处理器、计算机相连。 

所述现场可编程门阵列模块包括： 

现场可编程门阵列，用于控制静态随机访问存储器存储数字信号序列以及产生数模转换器开始数模转换的控制信号，其中所述现场可编程门阵列与静态随机访问存储器、配置存储器、时钟、和数模转换器模块通过互连线连接； 

所述静态随机访问存储器，用于存储由上述计算机产生的数字信号序列，静态随机访问存储器与现场可编程门阵列相连接； 

所述配置存储器，用于存储现场可编程门阵列的控制程序，配置存储器与现场可编程门阵列相连； 

所述时钟，用于产生现场可编程门阵列运行所需的时钟信号，时钟与现场可编程门阵列相连。 

该数模转换器模块包括： 

数模转换器，用于将从现场可编程门阵列模块输出的数字信号转换为模拟信号，并且与两个差分到单端电路以及测试通道相连； 

所述差分到单端电路，用于将所述数模转换器输出的差分信号转换成单端信号； 

所述测试通道，用于测试经所述数模转换器转换的模拟信号，所述测试通道与所述差分到单端电路相连。 

本发明提出的用于产生验证标准无线接收机性能的信号的方法及其装置，具有以下优点. 

1、通用性。设计研发符合IEEE 802.15.4-2006标准的无线收发机芯片可以有多种设计方法，但验证这种芯片是否符合IEEE 802.15.4-2006标准，只需要一个能产生IEEE802.15.4-2006标准信号的装置，从而实现了验证符合IEEE 802.15.4-2006标准的无线接收机芯片的通用性。 

2、验证的方便性。在验证符合IEEE 802.15.4-2006标准中规定的无线接收机芯片的各种性能指标时，用户根据标准中规定的芯片的各项指标进行灵活的选择、搭配噪声信号模块，对无线接收机芯片进行各个不同性能指标的验证。3、易于测试。本设计留有2个测试通道，方便用户测试和观测输出的结果。

附图说明

图1是本发明的用于产生验证标准无线接收机性能的信号的装置结构框图。 

图2是本验证装置中所用的中央处理器的电路框图。 

图3是本装置中所用的现场可编程门阵列的电路框图。 

图4是本验证装置中所用的数模转换器的电路框图。 

图5是本验证装置中所用的计算机框图。 

具体实施方式

本发明提出的用于产生验证标准无线接收机性能的信号的方法，包括以下步骤： 

(1)分别对由与待验证标准无线接收机相对应的标准发射机发射的模拟信号及对待验证标准无线接收机的性能产生干扰的噪声模拟信号进行采样，得到数字序列； 

(2)将上述数字序列转化为二进制编码序列，成为数字信号序列； 

(3)将上述数字信号序列转换成用于验证标准无线接收机性能的模拟信号序列。 

本发明提出的用于产生验证标准无线接收机性能的信号的装置，包括： 

计算机，用于对由与待验证标准无线接收机相对应的标准发射机发射的模拟信号及对待验证标准无线接收机的性能产生干扰的噪声模拟信号进行采样，得到数字序列，并将上述数字序列转化为二进制编码序列，成为数字信号序列； 

中央处理器，用于建立现场可编程门阵列与上述计算机之间的数据通道，产生使可编程门阵列动作的激励信号，中央处理器通过以太网控制器与计算机以太网口相连接； 

现场可编程门阵列，用于存储上述计算机产生的数字信号序列，以及控制数模转换器进行数模转换，现场可编程门阵列与中央处理器相连接； 

数模转换器，用于将来自上述可编程门阵列的数字信号序列转换为用于验证标准无线接收机性能的模拟信号序列，数模转换器与现场可编程门阵列相连接。 

上述装置中的中央处理器包括： 

中央处理器，用于控制以太网与计算机的数据通信，控制与现场可编程门阵列之间的数据通信，中央处理器分别与非易失存储器、动态随机访问存储器、以太网控制器、现场可编程门阵列相连； 

非易失存储器，用于存储中央处理器的控制程序及中央处理器与计算机通信的驱动程序，非易失存储器与中央处理器相连； 

同步动态随机访问存储器，用于读取非易失存储器中存放的中央处理器控制程序及中央处理器运行时产生的数据，同步动态随机访问存储器与中央处理器相连； 

以太网控制器，用于建立中央处理器与计算机之间的高速数据连接，以太网控制器与中央处理器、计算机相连。 

上述装置中的现场可编程门阵列包括： 

现场可编程门阵列，用于控制静态随机访问存储器存储数字信号序列以及产生数模转换器开始数模转换的控制信号，现场可变成门阵列与静态随机访问存储器、配置存储器、 时钟、数模转换器通过互连线连接； 

静态随机访问存储器，用于存储由上述计算机产生的数字信号序列，静态随机访问存储器与现场可编程门阵列相连接。 

配置存储器，用于存储现场可编程门阵列的控制程序，配置存储器与现场可编程门阵列相连； 

时钟用于产生现场可编程门阵列运行所需的时钟信号，与现场可编程门阵列相连。 

上述装置中的数模转换器包括： 

数模转换器，用于将现场可编程门阵列中输出的数字信号转换为模拟信号，与两个差分到单端电路、测试通道相连； 

差分到单端电路，用于将数模转换器输出的差分信号转换成单端信号； 

测试通道，用于测试经数模转换器转换的模拟信号，测试通道与差分到单端电路相连。 

以下结合附图详细介绍本发明的发明内容。 

本发明的用于产生验证标准无线接收机性能的信号的装置，其结构框图如图1所示，包括：中央处理器、现场可编程门阵列、数模转换器和计算机装置。 

上述装置中的中央处理器，其电路框图如图2所示，包括： 

中央处理器，使用的芯片为S3C2410-ARM9，用于控制以太网与计算机的数据通信，控制与现场可编程门阵列之间的数据通信，中央处理器分别与与非易失存储器、动态随机访问存储器、以太网控制器、现场可编程门阵列相连； 

非易失存储器，使用的芯片为K9F1208，用于存储中央处理器的控制程序以及中央处理器与计算机通信所需要的驱动程序，非易失存储器与中央处理器相连； 

同步动态随机访问存储器，使用芯片为HY57V561620CT，用于读取非易失存储器中存放的中央处理器控制处理程序及中央处理器运行时产生的数据，同步动态随机访问存储器与中央处理器相连； 

以太网控制器，使用的芯片为DM9000，用于建立中央处理器与计算机之间的高速数据连接，以太网控制器与中央处理器、计算机相连。 

上述装置中的现场可编程门阵列，其电路框图如图3所示，包括： 

现场可编程门阵列，使用的芯片为XC3S200，用于控制静态随机访问存储器存储数字信号序列以及产生数模转换器开始数模转换的控制信号，现场可变成门阵列与静态随机访问存储器、配置存储器、时钟、数模转换器通过互连线连接； 

静态随机访问存储器，使用的芯片为IS61LV12816L，用于存储上述数字信号序列，静态随机访问存储器与现场可编程门阵列相连接。 

配置存储器，使用的芯片为XCF01S，用于存储现场可编程门阵列的控制处理程序，配置存储器与现场可编程门阵列相连； 

时钟，用于产生现场可编程门阵列运行所需的时钟信号，时钟与现场可编程门阵列相连。

上述装置中的数模转换器，其电路框图如图4所示，包括： 

数模转换器，使用的芯片为AD9761，用于将现场可编程门阵列中输出的数字信号转换为模拟信号，与两个差分到单端电路、测试通道相连； 

差分到单端电路，使用的芯片为AD8042，用于将数模转换器输出的差分信号转换成单端信号。 

测试通道，用于测试经数模转换器转换的模拟信号，测试通道与差分到单端电路相连。 

上述开发验证装置中的计算机，包括两个功能模块，如图5所示，包括： 

标准信号模块：根据IEEE802.15.4-2006标准中定义的标准信号，计算机将标准信号根据验证时需要的采样周期进行采样，得到数字序列，并将采样后的脉冲信号根据验证所需要的数值范围进行量化，并将这些量化后的数据进行编码，即产生IEEE802.15.4-2006标准中定义的标准发射信号的数字信号序列，配合硬件使用，用于验证发送标准信号时，接收机性能是否符合标准； 

采样：根据采样定理，每隔一定时间对连续模拟信号采样，产生离散的脉冲信号。采样定理：一个连续变化的模拟信号，假设有最高频率或带宽F_max，若周期采样周期为T，则采样频率为F＝/T，若能满足F＝1/T>＝2F_max，即采样频率大于或等于模拟信号最高频率的两倍，那么采样后的离散序列就能无失真地恢复出原始连续模拟信号。 

量化：把采样所得到的脉冲信号按量级比较，并且“取整”，把脉冲信号转换成数字信号。 

编码：用以表示采样序列量化后的量化幅度，用一定位数的二进制码表示。 

影响无线接收机性能的各种噪声模块：模拟实际环境中影响无线接收机性能的各种噪声模块的，如：初始相位信号模块、频偏信号模块、相位噪声信号模块、I路和Q路增益不平衡信号模块、I路和Q路相位不平衡信号模块、非线性噪声信号模块、多径信号模块、高斯噪声信号模块、相邻信道干扰信号模块、单频干扰信号模块等等，模块中的各种噪声模块为相互独立的模块，验证者根据标准中规定的芯片各项指标，加入单个或多个噪声模块，计算机按照上述(1)中的方法将这些噪声信号用数字信号方式表示，(2)中产生的数字信号序列和(1)中产生的数字信号序列一一对应相加，得到的数字信号序列，即产生验证者用于验证加入标准范围内的各种噪声模块的信号时，配合硬件使用，接收机性能是否符合标准； 

本发明装置中的计算机，将上述(1)以及(2)中的各种噪声信号模块做成独立的模块，验证者在验证时根据IEEE802.15.4-2006标准的要求，选择不同信号模块，便可以使本发明提出的用于产生验证标准无线接收机性能的信号的装置产生相应的验证信号，用于验证该芯片是否符合IEEE802.15.4-2006标准中规定的芯片的各项指标，从而进行无线收发芯片的验证。例如：如果只打开(1)信号模块，(2)中的模块全部关闭，则该计算机所产生的发射信号就是验证标准无线接收机相对应的标准发射机发射的数字信号，配合硬件使用，则产生相应的数字信号，则可以验证接收机是否符合IEEE802.15.4-2006标准中 定义的芯片；如果需要验证IEEE802.15.4-2006标准中规定的芯片的各项指标，如：加入初始相位信号和高斯噪声信号后接收机的性能是否符合标准中规定的指标，则需要将产生(1)、(2)中的初始相位信号模块和高斯噪声信号模块打开，(2)中其它的噪声模块关闭，并根据IEEE802.15.4-2006标准中规定的噪声信号范围进行设置并配合硬件使用，则产生干扰待验证标准无线接收机的性能的噪声模拟信号，可以验证接收机的性能是否满足IEEE802.15.4-2006标准中规定的芯片的各项指标。 

以下介绍本发明的一个实施例： 

在验证芯片时，需要验证该无线接收芯片是否符合IEEE802.15.4-2006标准的芯片，或者需要验证无线接收芯片的性能能否满足IEEE802.15.4-2006标准中规定的各项性能指标，即可以通过本发明装置进行验证，其结构框图如图1所示： 

IEEE802.15.4-2006标准无线接收机芯片验证：只打开图5中(1)的模块，不打开图5中(2)中的各个噪声信号模块，验证者在本发明装置的计算机上输入要验证的标准数据帧，计算机根据验证者输入的数据帧所对应的模拟信号产生相应的数字信号，这些数字信号通过以太网口传输到中央处理器，中央处理器再将这些数字信号通过可编程门阵列进行存储，存储的数字信号经过数模转换器转换成标准的模拟信号，模拟信号通过差分到单端电路输出，输出的信号作为验证无线接收芯片的输入信号，验证者需要观察输入的标准数据帧是否与待验证芯片接收到的数据帧相同，方便验证者验证芯片接收机部分是否符合IEEE802.15.4-2006标准。 

在实际的环境中存在各种各样的噪声，在验证无线接收芯片时，很难能找到适合验证的各种各样噪声环境，本发明装置，将实际环境的噪声做成各个独立的噪声信号模块，便于验证者用于在验证不同噪声环境下无线接收芯片所需要达到的标准中规定的性能指标。各个噪声信号模块分别独立，验证者可以根据需要的验证环境，对噪声信号模块进行灵活选择并设置标准中规定的噪声信号范围，方便测试。如果验证者在测试时需要模拟一个有相位噪声、频偏、多径的噪声环境，那么验证者在计算机上输入标准数据帧，选中相位噪声、频偏、多径这三个噪声信号模块，并在这三个模块中分别设置标准中规定的噪声范围大小，即可对该无线接收芯片性能进行验证。 

为了方便验证者对无线接收芯片进行反复验证，在本发明所提出的计算机上可以设置需要验证的数据帧、噪声、数据帧发送的时间间隔、数据帧发送的次数，计算机根据验证者设置的参数产生硬件装置所需要的相应数据，这些数据再通过硬件装置的处理，便在硬件的输出端产生验证者所需要的信号了，非常方便、灵活。

Claims (5)

1.一种用于产生验证标准无线接收机性能的信号的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)分别对由与待验证的基于IEEE 802.15.4-2006标准无线接收机相对应的基于IEEE802.15.4-2006标准发射机发射的模拟信号及对所述无线接收机的性能产生干扰的噪声模拟信号进行采样，得到数字序列；

(2)将上述数字序列转化为二进制编码序列，成为数字信号序列；

(3)将上述数字信号序列转换成用于验证所述无线接收机性能的模拟信号序列；

(4)将上述模拟信号序列作为差分信号转换为单端信号并对其进行测试。

2.一种用于产生验证标准无线接收机性能的信号的装置，其特征在于该装置包括：

计算机，所述计算机包含标准信号模块和影响基于IEEE 802.15.4-2006标准无线接收机性能的各种噪声模块，用于对由与待验证的所述无线接收机相对应的基于IEEE802.15.4-2006标准发射机发射的模拟信号及对待验证所述无线接收机的性能产生干扰的噪声模拟信号进行采样，得到数字序列，并将上述数字序列转化为二进制编码序列，成为数字信号序列；

中央处理器模块，用于建立现场可编程门阵列模块与所述计算机之间的数据通道，产生使可编程门阵列模块动作的激励信号，所述中央处理器通过以太网控制器与所述计算机以太网口相连接；

现场可编程门阵列模块，用于存储所述计算机产生的数字信号序列，以及控制数模转换器模块进行数模转换，所述现场可编程门阵列模块与所述中央处理器模块相连接；

数模转换器模块，用于将来自所述可编程门阵列模块的数字信号序列转换为用于验证所述无线接收机性能的模拟信号序列，所述数模转换器模块与所述现场可编程门阵列模块相连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述中央处理器模块包括：

中央处理器，用于控制以太网与所述计算机的数据通信，控制与所述现场可编程门阵列模块之间的数据通信，其中所述中央处理器分别与非易失存储器、动态随机访问存储器、以太网控制器以及现场可编程门阵列模块相连；

所述非易失存储器，用于存储中央处理器的控制程序及中央处理器与计算机通信的驱动程序，非易失存储器与所述中央处理器相连；

所述同步动态随机访问存储器，用于读取所述非易失存储器中存放的中央处理器控制程序及中央处理器运行时产生的数据，同步动态随机访问存储器与中央处理器相连；所述以太网控制器，用于建立所述中央处理器与所述计算机之间的高速数据连接，所述以太网控制器与中央处理器、计算机相连。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列模块包括：

现场可编程门阵列，用于控制静态随机访问存储器存储数字信号序列以及产生数模转换器开始数模转换的控制信号，其中所述现场可编程门阵列与静态随机访问存储器、配置存储器、时钟、和数模转换器模块通过互连线连接；

所述静态随机访问存储器，用于存储由上述计算机产生的数字信号序列，静态随机访问存储器与现场可编程门阵列相连接；

所述配置存储器，用于存储现场可编程门阵列的控制程序，配置存储器与现场可编程门阵列相连；

所述时钟，用于产生现场可编程门阵列运行所需的时钟信号，时钟与现场可编程门阵列相连。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该数模转换器模块包括：

数模转换器，用于将从现场可编程门阵列模块输出的数字信号转换为模拟信号，并且与两个差分到单端电路以及测试通道相连；

所述差分到单端电路，用于将所述数模转换器输出的差分信号转换成单端信号；

所述测试通道，用于测试经所述数模转换器转换的模拟信号，所述测试通道与所述差分到单端电路相连。

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